Nghiên cứu ảnh hưởng của năng lượng đường đến cơ tính của liên kết hàn giáp mối thép không gỉ austenite

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu ảnh hưởng lượng đường đến tính liên kết hàn giáp mối thép khơng gỉ austenite ĐỖ VĂN LONG longdv@cvcot.edu.vn Ngành Kỹ thuật Cơ khí Chun ngành Cơng nghệ hàn Giảng viên hướng dẫn: TS Vũ Đình Toại Chữ ký GVHD Bộ mơn: Viện: Hàn & Cơng nghệ Kim loại Cơ khí HÀ NỘI, 10/2020 Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết trình bày Luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác! Hải Phịng, ngày 25 tháng 09 năm 2020 Người cam đoan Đỗ Văn Long HVTH: Đỗ Văn Long i GVHD:TS Vũ Đình Toại Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội LỜI CÁM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn hướng dẫn giúp đỡ tận tình TS Vũ Đình Toại thầy Bộ mơn Hàn & Cơng nghệ kim loại - Viện Cơ khí Trường Đại học Bách khoa Hà Nội; ThS Vũ Văn Đạt giúp đỡ tác giả trình thực luận văn Tác giả xin trân trọng cảm ơn Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định Trường Cao đẳng GTVT TWII tạo điều kiện sở vật chất để tác giả thực thí nghiệm để hồn thành luận văn này! Cuối cùng, tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến bố, mẹ tác giả toàn thể thành viên gia đình động viên, tạo điều kiện tài chia sẻ khó khăn suốt q trình tác giả nghiên cứu hồn thành luận án Tác giả luận văn Đỗ Văn Long HVTH: Đỗ Văn Long ii GVHD:TS Vũ Đình Toại Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CÁM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ viii MỞ ĐẦU x CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENITE 1.1 Tình hình nghiên cứu nước: 1.1.1 Tình hình nghiên cứu nước ngồi 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước: 1.2 Kết luận chương 1: CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC HÀN THÉP KHÔNG GỈ AUSTENITE 2.1 Thành phần tính chất kim loại 2.1.1 Thành phần hóa học tính thép khơng gỉ austenite 2.1.2 Ứng xử thép không gỉ austenite hàn nóng chảy 2.2 Lựa chọn trình hàn vật liệu hàn 10 2.2.1 Lựa chọn q trình hàn thép khơng gỉ austenite 10 2.2.2 Lựa chọn vật liệu hàn thép không gỉ austenite 14 2.3 Đặc điểm công nghệ kỹ thuật hàn thép không gỉ austenite 14 2.4 Ảnh hưởng thông số chế độ hàn FCAW đến hình dáng kích thước mối hàn 15 2.4.1.Ảnh hưởng dòng điện hàn 15 2.4.2 Ảnh hưởng điện áp hàn 17 2.4.3 Ảnh hưởng vận tốc hàn 18 2.4.4 Ảnh hưởng tầm với điện cực 18 2.4.5 Ảnh hưởng góc nghiêng điện cực 19 2.4.6 Ảnh hưởng khí bảo vệ 20 2.4.7 Ảnh hưởng kỹ thuật hàn 20 2.4.8 Ảnh hưởng dòng xung 21 HVTH: Đỗ Văn Long iii GVHD:TS Vũ Đình Toại Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 2.4.9 Một số yếu tố khác ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn 21 2.5 Kết luận chương 22 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH DẢI NĂNG LƯỢNG ĐƯỜNG PHÙ HỢP CHO LIÊN KẾT GIÁP MỐI THÉP KHÔNG GỈ CHỊU NHIỆT BẰNG MÔ PHỎNG SỐ 23 3.1 Khái quát chung 23 3.2 Xây dựng toán mô 24 3.2.1 Mơ hình phần tử hữu hạn 24 3.2.2 Mơ hình nguồn nhiệt hàn 24 3.2.3 Các thông số vật liệu 25 3.2.4 Điều kiện biên điều kiện đầu 25 3.2.5 Thiết lập thông số tính tốn 25 3.3 Kết nghiên cứu bàn luận 26 3.3.1 Xác định tiêu chuẩn đánh giá 26 3.3.2 Trường nhiệt hàn lớp lót 27 3.3.3 Trường nhiệt hàn lớp phủ 28 3.3.4 xác định bề dầy vùng ảnh hưởng nhiệt 30 3.4 Kết luận chương 35 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH NĂNG LƯỢNG ĐƯỜNG HÀN FCAW PHÙ HỢP VỚI LIÊN KẾT GIÁP MỐI THÉP KHÔNG GỈ AUSTENITE CHỊU NHIỆT 37 4.1 Trang thiết bị thí nghiệm 37 4.1.1 Thiết bị hàn 37 4.1.2 Đồ gá hàn 39 4.1.3 Các trang thiết bị phụ trợ 39 4.2 Mẫu thí nghiệm 41 4.2.1 Vật liệu mẫu hàn dây hàn 41 4.2.2 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm 42 4.3 Xây dựng thí nghiệm 44 4.3.1 Gá kẹp hàn đính mẫu thí nghiệm 44 4.3.2 Các chế độ quy trình hàn thí nghiệm 45 HVTH: Đỗ Văn Long iv GVHD:TS Vũ Đình Toại Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 4.4 Các trang thiết bị kiểm tra chất lượng liên kết hàn 48 4.4.1 Thử kéo 48 4.4.2 Thử uốn mặt uốn đáy liên kết hàn thép không gỉ austenite 51 4.4.3 Kiểm tra tổ chức tế vi vùng liên kết hàn 53 4.5 Kết luận chương 4: 54 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN 55 5.1 Kết kiểm tra ngoại dạng liên kết hàn: 55 5.2 Kết kiểm tra cấu trúc thô đại liên kết hàn: 58 5.3 Kết kiểm tra độ bền kéo ngang liên kết hàn: 60 5.4 Kết kiểm tra uốn liên kết hàn 62 5.5 Kết kiểm tra tổ chức tế vi liên kết hàn: 64 5.5.1 Tổ chức tế vi KLMH: 64 5.5.2 Tổ chức tế vi vùng KLMH – AHN 65 5.5.3 Tổ chức tế vi vùng AHN: 66 5.6 Kết luận chương 5: 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 HVTH: Đỗ Văn Long v GVHD:TS Vũ Đình Toại Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu / Viết tắt γ η E R α f qd qdl qdp HAZ / VAHN Ih KLCB KLMH TIG (GTAW) MIG MMA FCAW Uh Vh Ar He CO2 B H b h Đơn vị Ý nghĩa [kg/m3] [%] [MPa] [mm] [°] mm [J/mm] Khối lượng riêng vật chất Hiệu suất q trình hàn Mơ đun đàn hồi Khe hở lắp ghép đáy liên kêt Góc vát chữ V liên kết hàn Phần dư gia công Năng lượng đường [J/mm] Năng lượng đường lớp lót [J/mm] Năng lượng đường lớp phủ [A] [V] [mm/s] [lít/phút] [lít/phút] [lít/phút] [mm] [mm] [mm] [mm] HVTH: Đỗ Văn Long Vùng ảnh hưởng nhiệt Dòng điện hàn Kim loại Kim loại mối hàn Hàn hồ quang mơi trường khí bảo vệ với điện cực khơng nóng chảy (Tungsten Inert Gas) Hàn hồ quang điện cực nóng chảy mơi trường khí trơ bảo vệ Hàn hồ quang tay Flux Cored Arc Welding Điện áp hàn Vận tốc hàn Khí bảo vệ argon Khí bảo vệ heli Khí bảo vệ CO2 Bề rộng mặt lồi mối hàn Chiều cao mặt lồi mối hàn Bề rộng mặt đáy mối hàn Chiều cao mặt đáy mối hàn vi GVHD:TS Vũ Đình Toại Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Thành phần hóa học thép SUS316L theo AISI % [12] Bảng 3.1 Các thơng số tính tốn mơ 26 Bảng 3.2 Chiều sâu chảy hàn dự án 30 Bảng 3.3 Chiều dày vùng AHN liên kết hàn 33 Bảng 4.1 Thông số kĩ thuật máy DIGITECH 400 PULSED cấp dây TA4 38 Bảng 4.2 Thông số rùa cắt .39 Bảng 4.3 Trang thiết bị phụ trợ bảo hộ lao động .40 Bảng 4.4 Thành phần hóa học thép khơng gỉ austenite 316L [11] 41 Bảng 4.5 Cơ tính thép không gỉ austenite 316L [11] .41 Bảng 4.6 Thành phần hóa học dây hàn E316LT14 theo AWS A5.22 [10] 42 Bảng 4.7 Tiêu chuẩn thiết kế liên kết hàn 43 Bảng 4.8 Các chế độ hàn thí nghiệm 45 Bảng 4.9 Trình tự thực 46 Bảng 5.1 Chế độ hàn hình ảnh ngoại dạng liên kết hàn 55 Bảng 5.2 Cấu trúc thô đại mẫu hàn theo phương án hàn khác 59 Bảng 5.3 Kết thử kéo liên kết hàn 60 Bảng 5.4 Kết thử uốn liên kết hàn 63 HVTH: Đỗ Văn Long vii GVHD:TS Vũ Đình Toại Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Trường nhiệt độ tiết diện ngang (trái) tiết diện dọc mối hàn (phải) [3] Hình 1.2: Biến dạng theo phương chiều dày (a) trường ứng suất tương đương (b) Hình 2.1 Giản đồ scheaffler xác định tổ chức thép không gỉ austenite Hình 2.2 Giản đồ trạng thái giả nguyên thép khơng gỉ austenite Hình 2.3 Tổ chức tế vi thép không gỉ Austenite (nguồn [2]) Hình 2.4 Kết tinh kim loại mối hàn pha Hình 2.5 Kết tinh kim loại mối hàn hai pha (nguồn [2]) (nguồn [2]) Hình 2.6 Sự hình thành cacbit Crom tinh giớ hạt pha (nguồn [2]) Hình 2.7 Độ nhạy cảm thép với ăn mòn tinh giới theo nhiệt độ thời gian (nguồn [2]) Hình 2.8 Các dạng ăn mòn tinh giới liên kết hàn thép Austenite (nguồn [2]) Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý phương pháp hàn hồ quang que hàn thuốc bọc 10 Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý phương pháp hàn TIG 11 Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý phương pháp hàn MIG 12 Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý phương pháp hàn FCAW (nguồn [2]) 13 Hình 2.13.Trường nhiệt độ hàn (nguồn [2]) 15 Hình 2.14 Hình dạng mối hàn ảnh hưởng cường độ dòng điện hàn(nguồn [4]) 16 Hình 2.15 Đồ thị quan hệ cường độ dòng điện hàn với vận tốc cấp dây điện cực đường kính dây điện cực, [4] 17 Hình 2.16 Hình dạng mối hàn ảnh hưởng điện áp hàn,mật độ dòng điện hàn(nguồn [4]) 17 Hình 2.17 Hình dạng mối hàn ảnh hưởng vận tốc hàn(nguồn [4]) 18 Hình 2.18 Đồ thị quan hệ tầm với điện cực với cường độ dòng điện hàn, vận tốc cấp dây đường kính dây điện cực, [4] 19 Hình 2.19 Góc nghiêng điện cưc 19 Hình 2.20 Ảnh hưởng khí bảo vệ đến hình dáng, kích thước mối hàn 20 Hình 2.21 Ảnh hưởng dịng hàn đến chiều sâu ngấu 21 Hình 3.1 Mơ hình PTHH liên kết giáp mối lớp 24 Hình 3.2 Mơ hình nguồn nhiệt hồ quang di động Radaj [6] 24 Hình 3.3 Vị trí kẹp phơi quỹ đạo đường hàn 25 Hình 3.4 Quy ước chiều sâu chảy vùng 26 Hình 3.5 Phân bố nhiệt độ tiết diện ngang liên kết hàn hàn lớp lót 27 HVTH: Đỗ Văn Long viii GVHD:TS Vũ Đình Toại Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Hình 3.6 Phân bố nhiệt độ tiết diện ngang liên kết hàn hàn lớp phủ 29 Hình 3.7 Cấu trúc vùng ảnh hưởng nhiệt liên kết hàn nóng chảy [8] 31 Hình 3.8 Phấn bố nhiệt cực đại mặt cắt ngang liên kết hàn bề rộng vùng ảnh hưởng nhiệt 32 Hình 3.9 Ảnh hưởng lượng đường lớp lót đến chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt lớp lót 34 Hình 3.10 Ảnh hưởng lượng đường lớp phủ đến chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt lớp phủ 35 Hình 4.1 Máy hàn FCAW thép không gỉ 37 Hình 4.2 Đồ gá hàn 39 Hình 4.3: Vật liệu mẫu hàn thí nghiệm 41 Hình 4.4: Dây hàn thí nghiệm 42 Hình 4.5: Kích thước mép hàn thí nghiệm 43 Hình 4.6 Mối ghép hàn thực tế 44 Hình 4.7 Tấm thép làm đồ gá 44 Hình 4.8 Sơ đồ gá phôi 45 Hình 4.9 Mẫu phơi thử kéo theo AWS D1.6 48 Hình 4.10 Ảnh mẫu thử kéo 49 Hình 4.11 Máy thử kéo nén vạn 49 Hình 4.12 Kẹp mẫu 50 Hình 4.13 Giai đoạn biến dạng đàn hồi 50 Hình 4.14 Giai đoạn biến dạng dẻo 51 Hình 4.15 Giai đoạn phá hủy liên kết 51 Hình 4.16 Máy thử uốn 52 Hình 4.17 trình thử uốn 52 Hình 4.18 Vị trí lấy mẫu thử soi tổ chức tế vi 53 Hình 4.19 Máy mài đánh bóng mẫu 53 Hình 4.20 Kính hiển vi quang học 54 Hình 5.1 Ảnh hưởng lượng đường đến độ bền kéo liên kết hàn 62 nghiên cứu 62 Hình 5.2: Tổ chức tế vi KLMH (x200) 64 Hình 5.3: Tổ chức tế vi vùng biên giới KLMH-AHN (x200) 65 Hình 5.4: Tổ chức tế vi vùng AHN (x200) 66 HVTH: Đỗ Văn Long ix GVHD:TS Vũ Đình Toại Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Từ kết phân tích bảng 5.2, tuân theo tiêu chuẩn ISO 5817 chấp nhận chất lượng liên kết hàn ngoại dạng, kích thước, độ ngấu ta thấy rằng: Các mẫu thực nghiệm đạt tiêu chuẩn mẫu PA2, PA3, PA4 mẫu thực nghiệm theo PA5 ngấu hết chiều dày bị chảy xệ đáy mặt mối hàn bị nhiệt; mẫu thực nghiệm theo PA6 bị cháy thủng lớp lót, mẫu hàn theo PA1 chưa ngấu sang hai bên mép không thấu theo hướng chiều dày Như vậy: Năng lượng đường tăng độ ngấu mối hàn tăng Khi lượng đường cao dẫn đến mối hàn lót bị thủng bị chảy xệ - phản ánh với lý thuyết hàn FCAW Khi hàn dải lượng đường dành cho lớp lót từ (506600)J/mm lớp phủ từ (754 ÷1066)J/mm mối hàn đạt hình dáng kích thước 5.3 Kết kiểm tra độ bền kéo ngang liên kết hàn: Tiến hành thử kéo ngang liên kết hàn từ mẫu hàn đạt tiêu chuẩn ngoại dạng (các mẫu hàn theo phương án PA2, PA3, PA4 thêm PA5) ta thu kết trình bày bảng 5.3 đây: Bảng 5.3 Kết thử kéo liên kết hàn Mẫu hàn số Lần kéo Giới hạn bền kéo [N/mm2] Giới hạn bền kéo trung bình Biên (biểu đồ) thử kéo [N/mm2] PA2 Lần 479 Lần 468 Lần 482 HVTH: Đỗ Văn Long 476,3 60 GVHD:TS Vũ Đình Toại Luận văn Thạc sĩ PA3 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Lần 598 Lần 605 Lần 604 Lần 595 595 PA4 PA5 602,3 Lần 598 Lần 592 Lần 432 Lần 425 Lần 418 425 Kết thử kéo ngang liên kết hàn bảng 5.3 cho biết rằng: phương án PA2 hàn với lượng đường cịn thấp (vừa đủ ngấu) độ bền kéo trung bình lần thử 476,3 MPa Khi hàn với lượng đường cao (PA3) độ bền kéo ngang liên kết hàn trung bình lần thử 602,3 MPa Tiếp tục tăng lượng đường (PA4) độ bền kéo ngang liên kết hàn nhận lại bị giảm (giá trị trung bình lần thử 595 MPa) Khi hàn với lượng đường cao PA5 độ bền kéo ngang liên kết hàn nhận giảm mạnh (cịn lại 425 MPa – trung bình lần thử) Điều giải thích rằng: PA4, PA5 hàn với lượng đường lớn làm cho chiều rộng vùng AHN lớn, ứng suất dư liên kết hàn lớn làm HVTH: Đỗ Văn Long 61 GVHD:TS Vũ Đình Toại Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội cho liên kết hàn dễ bị đứt kéo hay khả chịu tải trọng liên kết hàn bị giảm Quan sát vị trí vết đứt kéo ngang liên kết ta thấy tất mẫu hàn bị đứt mối hàn Biểu diễn kết kéo ngang mẫu hàn biểu đồ ta thu hình ảnh quan hệ lượng đường (phương án hàn) đến độ bền kéo ngang liên kết hàn (hình 5.1) Hình 5.1 Ảnh hưởng lượng đường đến độ bền kéo liên kết hàn nghiên cứu Đồ thị biểu diễn mối quan hệ lượng đường với độ bền kéo ngang liên kết hàn hình 5.1 cho biết rằng: tăng lượng đường độ bền kéo ngang liên kết hàn tăng (đoạn màu đỏ), nhiên tăng lượng đường vượt qua giá trị ngưỡng độ bền kéo liên kết hàn lại giảm (đoạn màu xanh nước biển) Khi tăng mạnh lượng đường độ bền kéo ngang liên kết hàn giảm mãnh liệt (đoạn màu xanh cây) Điều xảy bề rộng vùng AHN ứng suất dư liên kết hàn tăng theo lượng đường Các kết mô thực nghiệm kéo mẫu cho biết liên kết hàn cụ thể có dải lượng đường phù hợp tồn giá trị tối ưu Nếu tìm giá trị tối ưu nâng cao chất lượng khả chịu tải liên kết hàn 5.4 Kết kiểm tra uốn liên kết hàn Tiến hành cắt mẫu thử uốn mặt liên kết hàn ta thu kết trình bày bảng 5.4 HVTH: Đỗ Văn Long 62 GVHD:TS Vũ Đình Toại Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Bảng 5.4 Kết thử uốn liên kết hàn Mẫu thử Hình ảnh mẫu sau uốn PA2 PA3 PA4 Theo tiêu chuẩn AWS D1.6, mẫu uốn phải thực góc uốn tối thiểu 120o Trong nghiên cứu này, tác giả uốn mẫu góc lớn 120o Cũng theo AWS D1.6, mẫu uốn đạt yêu cầu chất lượng mẫu không xuất vết nứt, vết rỗ khí, ngậm xỉ hay khơng ngấu phía mặt căng Xem xét kết kiểm tra sau uốn vị trí mặt mối hàn (bảng 5.4) ta thấy khơng có tượng rỗ khí, lẫn xỉ không xuất vết nứt Từ kết luận liên kết hàn thực theo phương án PA2, PA3 PA4 đạt yêu cầu thử uốn mặt HVTH: Đỗ Văn Long 63 GVHD:TS Vũ Đình Toại Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 5.5 Kết kiểm tra tổ chức tế vi liên kết hàn: 5.5.1 Tổ chức tế vi KLMH: Tiến hành cắt mẫu, mài phẳng, đánh bóng tẩm thực soi kính hiển vi quang học với độ phóng đại 200 lần ta thu hình ảnh mơ tả tổ chức tế vi KLMH trình bày hình 5.2 a) PA2 (vị trí a) b) PA3 (vị trí a) c) PA4 (vị trí a) d) PA5 (vị trí a) Hình 5.2: Tổ chức tế vi KLMH (x200) Tổ chức tế vi hình 5.2a thể kim loại mối hàn kết tinh chủ yếu theo dạng hình kim, tổ chức nhánh phát triển thẳng hẹp Điều giải thích phương án hàn PA2 có lượng đường nhỏ nên mối hàn nguội nhanh tổ chức nhận chủ yếu có dạng hình kim Hình 5.2b tổ chức kim loại mối hàn hàn với lượng đường lớn (PA3) Trong trường hợp hình thái nhánh rộng phát triển sang chiều ngang nhiều Cấu trúc kim loại tương đối đều, lượng delta ferrite nhiều làm giảm nguy nứt nóng cho KLMH Nền austenite màu trắng nằm xen kẽ đặn với nhánh delta ferrite HVTH: Đỗ Văn Long 64 GVHD:TS Vũ Đình Toại Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Khi tăng lượng đường lên cao (PA4) ta thu cấu trúc KLMH hình 5.2c Trong trường hợp tinh thể nhánh tỏa rộng khơng cịn xu hướng hình kim Lượng ferrite sơ cấp so với phương án PA3 Ở chế độ hàn PA5 với lượng đượng tăng cao đáng kể lớp lót lớp phủ hình thái kết tinh khơng cịn hình kim mối hàn nguội chậm gradient nhiệt độ khơng cịn lớn Lượng ferrite sơ cấp KLMH nhiều, hạt kim loại thô phương án hàn trước 5.5.2 Tổ chức tế vi vùng KLMH – AHN Tổ chức kim loại vùng biên giới KLMH – AHN thể hình 5.3, bên trái KLMH bên phải vùng AHN Kết hình 5.3a ứng với phương án hàn PA2 cho biết bề rộng vùng viền chảy nhỏ - điều phản ánh quy luật mối hàn nguội nhanh Khi hàn với lượng đường lớn (PA3) ta thu kết thể hình 5.3b Ta dễ nhận thấy bề rộng vùng viền chảy trường hợp lớn PA2, chuyển tiếp kim loại vùng AHN KLMH đặn Cỡ hạt kim loại hai vùng tương đương nên khả đồng bền b) PA3 (vị trí b) a) PA2 (vị trí b) d) PA5 (vị trí b) c) PA4 (vị trí b) Hình 5.3: Tổ chức tế vi vùng biên giới KLMH-AHN (x200) HVTH: Đỗ Văn Long 65 GVHD:TS Vũ Đình Toại Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Khi tăng lượng đường lớn lớp lót lớp phủ (PA4) ta thu kết hình 5.3c Ta dễ nhận thấy bề rộng đường viền chảy trường hợp lớn so với PA3 thời gian tồn trạng thái lỏng KLMH nhiều Khi hàn phương án PA5 với lượng đường lớn bề rộng đường viền chảy tăng lên nhiều Khơng cịn phân định rõ ràng vùng nóng chảy (KLMH) vùng rắn (AHN) (hình 5.3d) Cấu trúc hạt kim loại KLMH vùng AHN tương đối to tương đồng 5.5.3 Tổ chức tế vi vùng AHN: Kết soi tổ chức tế vi vùng AHN liên kết hàn hàn chế độ (phương án) hàn khác thể hình 5.4 a) PA2 (vị trí c) b) PA3 (vị trí c) c) PA4 (vị trí c) d) PA5 (vị trí c) Hình 5.4: Tổ chức tế vi vùng AHN (x200) Trên hình 5.4a (PA2) cho thấy cấu trúc kim loại tương đối đồng đều, hướng hạt kim loại theo chiều ngang – giống với thớ ngang KLCB Tuy nhiên thỉnh HVTH: Đỗ Văn Long 66 GVHD:TS Vũ Đình Toại Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội thoảng có xuất pha giịn sigma với hình dáng dẹt, ngắn, song song với thớ nằm biên giới hạt Khi hàn với lượng đường lớn (PA3) ta thu tổ chức tế vi vùng AHN hình 5.4b So với hình 5.4a ta thấy hướng hạt kim loại nằm ngang, lượng pha giòn sigma tương đương với PA2 phân bố biên giới hạt Khi tăng lượng đường lên cao đường hàn lót đường hàn phủ (PA4) ta thu kết hình 5.4c Trong trường hợp ta thấy cấu trúc hạt kim loại có hình dáng dẹt nằm ngang, nhiên lượng pha giòn sigma nhiều hơn, dài nằm biên giới hạt Khi hàn lượng đường cao (PA5) ta thu tổ chức tế vi kim loại vùng AHN hình 5.4d Ta dễ dàng nhận thấy trường hợp hạt kim loại tính định hướng, lượng pha giịn sigma nhiều nằm biên giới hạt 5.6 Kết luận chương 5: Ở chương này, tác giả tiến hành phân tích, đánh giá kết nghiên cứu thực nghiệm mẫu hàn giáp mối thép không gỉ austenite chịu nhiệt 316L dày mm, thực trình hàn FCAW lớp Các kết nghiên cứu thực nghiệm cho thấy việc hàn giáp mối thép không gỉ chựu nhiệt 316L dày mm nói riêng gặp nhiều khó khăn kim loại dễ bị chảy xệ không ngấu hết chân liên kết, thông số chế độ hàn phù hợp dải hẹp Mối hàn hình thành tạo dáng tốt thực trình hàn với chế độ hàn phù hợp q trình chuẩn bị liên kết hàn xác Theo kết thực nghiệm, chế độ hàn FCAW hợp lý cho liên kết hàn giáp mối thép không gỉ Austenite chịu nhiêt 316L dày mm nằm miền lượng đường hẹp: lớp lót q đ = 506÷600 J/mm, lớp phủ q đ = 754÷910 J/mm Kết nghiên cứu thực nghiệm phản ánh với kết mô thực chương 3, nghĩa mơ hình điều kiện tính tốn mô chương phù hợp với thực tế Do hồn tồn áp dụng thông số chế độ hàn chương vào thực tế sản xuất HVTH: Đỗ Văn Long 67 GVHD:TS Vũ Đình Toại Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trong luận văn này, sau nghiên cứu lý thuyết kết hợp mô số tiến hành thực nghiệm, tác giả tìm dải lượng đường phù hợp với liên kết hàn giáp mối làm từ vật liệu thép không gỉ Austenite chịu nhiệt 316L với chiều dầy 8mm Đã xây dựng mối quan hệ lượng đường (của lớp hàn) đến tiêu chất lượng liên kết hàn Mục tiêu đề tài giải quyết, kết nghiên cứu có độ tin cậy cao kết hợp nghiên cứu mô nghiên cứu thực nghiệm Một số kết tác giả đạt sau hồn thành luận văn gồm: • Nghiên cứu đầy đủ sở khoa học hàn nóng chảy thép khơng gỉ chủng Austenite • Nghiên cứu mơ số kết hợp với thực nghiệm để xác định miền lượng đường phù hợp cho liên kết hàn giáp mối thép không gỉ Austenite chịu nhiệt mác 316L Dải lượng đường phù hợp lớp lót q đ = 506÷600 J/mm lớp phủ q đ = 754÷910 J/mm Khi hàn với dải lượng đường liên kết hàn đạt tính (giới hạn bền kéo) cao) Độ bền kéo liên kết hàn nghiên cứu đạt giá trị cao hàn với chế độ: lớp lót với q đ = 552 J/mm, lớp phủ với q đ = 910 J/mm (PA3) – coi lượng đường tối ưu liên kết hàn nghiên cứu • Luận văn làm sở cho nghiên cứu xác định chế độ hàn tối ưu chủng loại vật liệu dải chiều dày khác (khi cần thay đổi khai báo thuộc tính vật liệu chiều dày tương ứng)  Kiến nghị nghiên cứu đề tài: Do thời gian nghiên cứu hạn chế cộng với khối lượng nghiên cứu lớn, nên tác giả tập trung nghiên cứu công nghệ hàn để tìm chế độ hàn tối ưu cho liên kết hàn giáp mối thép 316L dày 8mm, chủ yếu nghiên cứu ảnh hưởng lượng đường đến tính hình dáng mối hàn Ngồi ảnh hưởng lượng đường đến khả hình thành tạo dáng mối hàn cịn nhiều yếu tố ảnh hưởng khác là: Ảnh hưởng chiều dài hồ quang, ảnh hưởng khí bảo vệ,… Hay cần quan tâm nhiều đến ứng suất biến dạng hàn với chủng loại vật liệu chiều dày khác Đó hẳn hướng nghiên cứu quan trọng tiếp theo, góp phần làm cho đề tài bao quát hoàn chỉnh HVTH: Đỗ Văn Long 68 GVHD:TS Vũ Đình Toại Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo tiếng Việt: Ngơ Lê Thơng, Cơng nghệ hàn điện nóng chảy Tập – Cơ sở lý thuyết, NXB [1] Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2007 Cơng nghệ hàn điện nóng chảy – Tập (2007) Ngô Lê Thông, NXB KHKT, Hà [2] Nội 2007 Mô trường nhiệt độ, trường ứng suất biến dạng nhiệt trình [3] hàn nóng chảy phương pháp phần tử hữu hạn (2006) Vũ Đình Toại, Võ Văn Phong Tạp chí Khoa học & Công nghệ trường Đại học kỹ thuật, Số 57, Hà Nội 2006 Bài giảng công nghệ hàn nóng chảy - Vũ Đình Toại (2018) [4] American Welding Society, AWS D1.6- D1.6M : 2015 - Structural Welding [5] Code – Stainless steel 550N.W LeJeune Road, Miami, Florida 33126 Radaj,D.(1999),Schweissprozess-Simulation Grundlagen und Anwendungen [6] Fachbuchreihe Schweisstechnik, DVS Verlag, 1999 ESI [7] Group, Sysweld 2017 Reference manual, January 2017 International Welding Engineer (IWE) Module2: Materials and their behaviour [8] during Welding International Institute of Welding (IIW) NXB GSI-SLV Duisburg 2015 ASM International (1993), ASM handbook, Volume 6: Welding, Brazing and [9] Soldering NXB ASM Internation [10] American Welding Society, AWS A5.22-95R : - Structural Welding Code – Stainless steel 550N.W LeJeune Road, Miami, Florida 33126 [11] [12] Bảng chứng vật liệu thép không gỉ 316L – Handbook of Comparative World Steel Standards (2004) Third Edition John E Bringas, USA 2004 [13] – Alloy phase diagrams (1992) ASM International Metals Handbook Volume 3, USA 1992 HVTH: Đỗ Văn Long 69 GVHD:TS Vũ Đình Toại Luận văn Thạc sĩ [14] Trường Đại học Bách khoa Hà Nội – Heat Transfer, Fourth Edition (1976) J P Holman, McGraw-Hill, New York, 1976 [15] – The Finite Method (1977) O C Zienkiewicz , McGraw-Hill Company, London 1977 [16] – Finite Element Procedures in Engineering Analysis (1982) K J Bathe , Prentice-Hall, Englewood Cliffs, 1982 [17] – Sysweld User Manual – CD Toolbox (2013) ESI Group, 99 Rue Des, Solets Silic 112 94513 Rungis Cedex France [18] Standard Methods for Mechanical Testing of Welds (2002) AWS B4.0M-2000, American Welding Society Inc Thu Jan 24 10:30:34 2002 [19] Heat treatment User’s Guide – SYSWELD 2008 - Visual Enviroment 10.0 ESI Group, 99 Rue Des, Solets Silic 112 94513 Rungis Cedex France [20] Metallurgical Modelling of Welding (1994) Ystein Grong, The Institute of Materials, London SW1Y 5DB 1994 [21] Heat Effects of Welding, Temperature Field – Residual Stress – Distortion (1992) Dieter Radaj, Springer-Verlag 1992 [22] Welding Stresses and Distortion (1977) V.A Vinokurov, Mashinostroenie, Wetherby: British Library 1977 [23] Analysis of Welded Structures: Residual Stresses, Distortion, and their Consequence (1980) Koichi Masubuchi, Pergamon Press, London, 1980 [24] Computational methods for investigation of kinetics of welding stresses and deformations (1946) E P DeGarmo, J L Meriam, F Johanssen, Welding Journal 1946 HVTH: Đỗ Văn Long 70 GVHD:TS Vũ Đình Toại Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội PHỤ LỤC 1.Kết kiểm tra kéo HVTH: Đỗ Văn Long 71 GVHD:TS Vũ Đình Toại Luận văn Thạc sĩ HVTH: Đỗ Văn Long Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 72 GVHD:TS Vũ Đình Toại Luận văn Thạc sĩ HVTH: Đỗ Văn Long Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 73 GVHD:TS Vũ Đình Toại Luận văn Thạc sĩ HVTH: Đỗ Văn Long Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 74 GVHD:TS Vũ Đình Toại ... quan cơng nghệ hàn thép khơng gỉ - Nghiên cứu ảnh hưởng lượng đường đến tính liên kết hàn giáp mối thép không gỉ chịu nhiệt mác SUS316L - Xác định thông số chế độ hàn hợp lý để hàn giáp mối thép. .. 1.2 Kết luận chương 1: Cho tới có số tác giả nghiên cứu cơng nghệ hàn hồ quang thép không gỉ Austenite , nhiên việc nghiên cứu ảnh hưởng lượng đường đến tính liên kết hàn giáp mối thép khơng gỉ. .. kết hàn thép không gỉ Austenite chựu nhiệt mô số Nghiên cứu thực nghiệm hàn FCAW liên kết giáp mối thép không gỉ austenite Kết nghiên cứu bàn luận Kết luận chung luận văn kiến nghị nghiên cứu